يمكن أن تكون الهياكل الآلية ذاتية التجميع التابعة لناسا هي المرحلة التالية من بناء الفضاء

الأخبار السيئة إذا كنت تريد الانتقال إلى القمر أو المريخ: من الصعب قليلاً الحصول على السكن. ولحسن الحظ، فإن ناسا (كما هو الحال دائمًا) تفكر في المستقبل، وقد عرضت للتو هيكلًا آليًا ذاتي التجميع قد يكون مجرد جزء مهم من التحرك خارج الكوكب.

تصف الورقة البحثية التي نشرها مركز أبحاث أميس التابع لناسا، والتي نُشرت اليوم في مجلة Science Robotics، إنشاء واختبار ما يسمونه “المواد الميكانيكية الميكانيكية القابلة لإعادة البرمجة ذاتيًا”، وهي طريقة دقيقة للغاية لوصف مبنى يبني نفسه بنفسه. الاختصار الذي لا مفر منه هو “أنظمة التجميع الرقمية التكيفية للمهمة الآلية القابلة لإعادة التشكيل” أو ARMADAS.

وقالت كريستين جريج، المؤلفة الرئيسية لـ TechCrunch: “نعتقد أن هذا النوع من تكنولوجيا البناء يمكن أن يخدم الكثير من التطبيقات العامة للغاية”. “على المدى القريب، فإن الاستقلالية القوية والهياكل خفيفة الوزن لنهجنا تفيد بقوة التطبيقات في البيئات القاسية، مثل سطح القمر أو الفضاء. ويشمل ذلك بناء أبراج الاتصالات والملاجئ على سطح القمر، والتي ستكون ضرورية قبل وصول رواد الفضاء، وكذلك الهياكل المدارية مثل أذرع الرافعة والهوائيات.

الفكرة الأساسية لهيكل البناء الذاتي هي في التآزر الذكي بين مواد البناء – إطارات مكعبة السطوح يطلق عليها فوكسل – ونوعين من الروبوتات التي تقوم بتجميعها.

أحد أنواع الروبوتات يمشي على السطح بساقين، ويبدو أنه مستوحى من جزيئات النقل الكيسينية الموجودة في بيولوجيتنا، ويحمل فوكسل مثل حقيبة الظهر. عندما يتم وضع ذلك في مكانه، ينزلق روبوت التثبيت الذي يعيش في الإطار نفسه مثل الدودة ويشدد نقاط التعلق القابلة للعكس. ولا يحتاج أي منهما إلى نظام استشعار قوي، كما أن طريقة عملهما تعني أن الدقة العالية ليست مطلوبة أيضًا.

يمكنك رؤية زوج من المشايات ودودة التثبيت في معظم الصور في هذا المنشور. وها هو عامل النقل يسلم فوكسل إلى مشاية الموضع، مع وجود روبوت التثبيت في الأسفل في انتظار المرور وقفل الإطار في موضعه.

يسمح شكل القطع بتثبيتها بزوايا مختلفة مع الحفاظ على قوة الهيكل الجيدة. ربما لن ترغب في تخزين الصخور فوق قبة مصنوعة من هذه الأشياء، لكنها ستكون ممتازة كقاعدة لإضافة العزل ومانع التسرب لبناء مسكن.

وقال المشارك في الدراسة: “نعتقد أن هذا النوع من البناء مناسب بشكل خاص للبنية التحتية الطويلة الأمد و/أو الكبيرة جدًا، بما في ذلك الموائل أو الأجهزة أو أي بنية تحتية أخرى على المدار أو سطح القمر (أبراج المرافق، ومرافق هبوط المركبات)”. المؤلف كينيث تشيونغ. “بالنسبة لنا، تعد الهياكل وجميع الأنظمة الروبوتية موارد يمكن تحسينها عبر المكان والزمان. يبدو أنه ستكون هناك دائمًا مواقف يكون فيها الشيء الأمثل هو ترك الهيكل في مكانه (وربما الزيارة لفحصه باستخدام الروبوت بشكل دوري)، لذلك بدأنا بذلك.

وأشار جريج إلى أنه يمكن أيضًا إنشاء القطع نفسها في الموقع:

“يمكن تصنيع وحدات فوكسل من العديد من المواد وعمليات التصنيع المختلفة. وفي نهاية المطاف، بالنسبة للتطبيقات الفضائية، نود أن نصنع وحدات فوكسل من المواد التي نجدها في الموقع على القمر أو الأجسام الكوكبية الأخرى.

بالطبع، مقاطع الفيديو هذه للروبوتات أثناء العمل متسارعة للغاية، ولكن على عكس العمل في المصنع أو الرصيف، فإن السرعة ليست بالضرورة جوهرية عندما يتعلق الأمر ببناء أشياء في الفضاء أو على سطح كوكب آخر.

“يمكن للروبوتات الخاصة بنا أن تعمل بشكل أسرع مما هو موضح في هذه الورقة، لكننا لم نرى أن جعلها تفعل ذلك أمرًا ضروريًا لتحقيق الأهداف الأساسية. وقال تشيونغ: “في الأساس، الطريقة التي تجعل هذا النظام يعمل بشكل أسرع هي استخدام المزيد من الروبوتات”. “تتمثل الإستراتيجية الشاملة لقابلية التوسع (من حيث السرعة والحجم) في القدرة على دفع تعقيد الحجم إلى الخوارزميات، من أجل التخطيط والجدولة بالإضافة إلى اكتشاف الأخطاء وإجراء الإصلاحات.”

أخذت الروبوتات التي طورها المختبر 256 فوكسل وجمعتها في هيكل مأوى مقبول خلال إجمالي 4.2 يوم عمل. إليك ما تبدو عليه البداية (مرة أخرى، ليس قريبًا من الوقت الفعلي):

اعتمادات الصورة: ناسا

إذا أرسلناهم إلى المريخ أو القمر قبل عام من وصول الطاقم، فيمكنهم بناء عشرات من هذه الهياكل ضعف الحجم مع توفير الوقت. أو ربما يمكنهم تثبيت الطلاء الضروري على الخارج بعد ذلك وإغلاقه، وهذا خارج نطاق البحث المنشور اليوم، ولكنه خطوة تالية واضحة.

على الرغم من أن الروبوتات لديها حبال تعمل على تشغيل الطاقة لها في بيئة المختبر هذه، فقد تم تصميمها مع وضع تشغيل البطارية أو الطاقة في الموقع في الاعتبار. إن روبوت التثبيت يعمل بالفعل بالبطارية، ويفكر الباحثون في طرق لإبقاء المشايات مشحونة بين العمليات أو حتى أثناءها.

“نحن نتصور أنه يمكن إعادة شحن الروبوتات بشكل مستقل في محطات الطاقة أو حتى ربما إرسال الطاقة لاسلكيًا. وكما ذكرت، يمكن أيضًا توجيه الطاقة عبر الهيكل نفسه، وهو ما قد يكون مفيدًا لتجهيز الهيكل بالإضافة إلى تشغيل الروبوتات.

رسم توضيحي لمفهوم مبنى أرماداس تحت إشراف رائد الفضاء.

لقد طارت إصدارات الروبوت بالفعل في الفضاء وأدت عملاً في الجاذبية الصغرى، لذلك لا داعي للقلق بشأن هذا الأمر. وليس هناك ما يمنعهم من حيث المبدأ من العمل في الجاذبية غير الأرضية مثل القمر. ومع ذلك، هذه هي البداية فقط – مثل الكشف عن وجود 2x4s والمسامير. يوجد المزيد حول الإمكانات والرسوم التوضيحية المفاهيمية لما يمكنهم بناءه، في هذا المنشور الإخباري لناسا.

“ستكون الإصدارات التالية من روبوتاتنا المخصصة لبيئة المختبرات أسرع وأكثر موثوقية، بناءً على الدروس المستفادة من الإصدارات الأولى. وقال جريج: “نحن مهتمون جدًا بفهم كيفية دمج أنواع مختلفة من وحدات البناء في الهياكل لتوفير تجهيزات وظيفية”.

وعلى نحو مماثل، سوف تستمر الأبحاث حول الهياكل التي تستخدم أسراباً من الروبوتات، وليس مجرد حفنة قليلة؛ قد يستغرق الملجأ البدائي اثنين من المشاة لمدة أربعة أيام، لكن الملجأ الأكبر بعشر مرات قد يستغرق وقتًا أطول بمائة مرة. لكن العديد من الأيدي – وخاصة الروبوتية – تقوم بعمل خفيف.